1、材料化学复习第一章(绪论)(1) 材料的分类:金属、无机非金属、高分子、复合(2) 材料四特性:结构、性能、制备和应用第三章 (1)水热法 原理:通过对高压釜加热、加压产生相对高温、高压的反应环境,使难溶或不溶物质溶解而达到不饱和,从而析出晶体。(2)溶胶-凝胶法(sol-gel) 原理:通过凝胶前驱体的水解缩聚制备金属氧化物材料。 前驱体:一般是无机盐和金属醇盐 步骤:前驱体的水解、缩合形成三维空间网络结构的凝胶干燥、烧结固化 应用:制备 颗粒、纤维、表面涂膜 和 块状材料(3) 液相沉淀法 类型: 直接沉淀法:在金属盐溶液中直接加入沉淀剂 共沉淀法:在含有多种阳离子的溶液中加入沉淀剂,全部
2、沉淀。 均匀沉淀法:利用化学反应使 构晶离子缓慢均匀的释放出来。(4) 固相反应(凡是有固相参与的化学反应都称作固相反应) 特点:固态直接参与化学反应。 一般包括相界面上的反应和物质迁移 反应开始温度常常远低于反应物熔点。 矿化剂的影响(作用)1、 改变反应机制,降低反应活化能。2、 影响晶核的生产速率。3、 影响结晶速率及晶格结构。4、 降低系统的共熔点,改善液相性质。(5) 插层法与反插层法 插层法:把一些新原子导入晶体材料的空位。 反插层法:将晶体材料的某些原子有选择性的移除。 应用:固态锂离子电池的阴极材料 石墨基质(石墨层间化合物GIC)(6) 自蔓延高温合成法 原理:利用反应物间化
3、学反应热的自加热和自传导作用来合成材料。 平衡机制:燃烧反应与结构化同步进行。 非平衡机制:化学反应与结构化不同步。(7) 非晶材料的制备 制备需解决的两个问题:1、形成原子或分子混乱排列的状态:2、将热力学的亚稳态在一定的温度范围保存下来,使之不发生晶态转变。 液相骤冷制备 原理:使熔体急速降温,使晶体生长来不及成核,从而把熔体中无序结构保留下来,得到无序的固体材料。 主要方法:喷枪法、活塞法、抛射法。第四章 (1)耐氧化性 1、化学腐蚀:金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗。 电化学腐蚀:金属和电解质组成两个电极,组成腐蚀原电池,损耗材料。 阳极保护:在金属材料上加入较活泼的
4、金属作阳极,而被保护的金属作为阴极,发生电化学腐蚀时阳极被腐蚀,金属材料得以保护。 2、耐有机溶剂性 热塑性高分子材料(物质在加热时能发生流动变形,冷却后可以保持一定形状的性质)在有机溶剂中溶解。 热固性高分子材料(加热时不能软化和反复塑制)在有机溶剂中溶胀。 3、高分子材料抗氧化剂 光屏蔽剂:屏蔽光辐射源 紫外线吸收剂:吸收并消散紫外线辐射。 (2)力学性能 1、应力:单位截面积承受的力( =F/A) 应变:材料受力发生的形变(=(L-L。)/L) 弹性形变:=E (E是弹性模量)2、应力应变曲线中四个参数: 弹性极限:e,表示材料保持完全弹性变形的最大应力。 屈服强度:s,表示材料开始发生
5、明显塑性形变的抗力。 极限强度:b,表示材料对最大均匀塑性变形的抗力。 断裂强度:k,材料对塑性的极限抗力。3、塑性材料:伸长率大于等于5 。 脆性材料:伸长率小于5 伸长率=Lf-L0/L0 (Lf是试样拉断后的长度,L0是原长) (3)硬度 1、布氏硬度、维氏硬度和洛氏硬度。 2、三大材料硬度分析:A:金属材料硬度受其结构影响,形成固溶体或合金时,硬度显著提高.B:无机非金属材料由离子键和共价键构成,两种键强度均较高,一般具有较高硬度。C:高分子材料分子链以共价键结合,分子链之间以范德华力和氢键结合,键力较弱,硬度较低。(4)热学性能 1、三大材料导热机理: A:金属材料导热性能最佳,通过
6、自由电子运动实现。 B:无机非金属材料自由电子较少,导热靠原子热振动来完成,导热性能差。 C:高分子材料依靠分子链及链段的运动实现传热。 2、热膨胀性 体膨胀:物质的体积随温度升高而增大。 线膨胀:物质的长度随温度升高而变长。 三大材料热膨胀性能差异原因: 结合键越强,原子间作用力越大,原子离开平衡位置所需的能量越高,膨胀性能差。结构紧密的晶体的热膨胀系数比结构松散的非晶体热膨胀系数大。共价键材料与金属相比,热膨胀系数低。离子键与金属相比,热膨胀系数较高,高分子材料和金属及陶瓷相比,热膨胀系数较大。 3、热容:1mol材料的温度升高1K时所需要的热量称为热容。 比热容:单位质量的材料温度升高1
7、K所需要的能量。(5)电学性能 包括:导电性、压电性、介电性和铁电性能。 1、导电性 定义:材料传导电流的能力。 三大材料导电性:金属材料导电性最好。陶瓷材料大多数是良好的绝缘体。 半导体:常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料N-型半导体:自由电子,供体。P-型半导体:自由空穴,受体。 2、 介电性:在电场作用下,材料表现出对静电能的储蓄和损耗的性质。 3、压电性:晶体材料与所施加的机械应力成比例产生电荷的能力。 正压电效应:由于形变而产生电极化的现象称为“正压电效应”。逆压电效应:对晶体施加交变电场引起晶体机械变形。4、铁电性:电滞回线中三个参
8、数(最大极化强度,剩余极化强度,矫顽电场),高于居里温度点,铁电性消失 (6)磁学性能 磁滞回线中三个参数:饱和磁感应强度、剩余磁感应强度 和 矫顽磁场强度。高于居里温度点,铁磁性消失 弱磁:抗磁性 和 顺磁性 强磁:铁磁性 反铁磁性 和 亚铁磁 铁磁性:外磁场去除后,仍保持部分极化状态。 (7)光学性能 定义:各种材料在光学性能上的差异主要是其对光的反射、吸收和透过程度不同。 1、光的吸收与透过(透明与不透明): 金属:电磁波可激发电子到能量较高的未填状态而被吸收,但光波只能进入金属100nm处,故不透明。 半导体及无机非金属材料:取决于能隙Eg Eg3.1eV时,380nm,不能吸收可见光
9、,故无色透明。Eg780,所有可见光都被吸收,不透明。1.59EvEg3.1 380780,部分光被吸收,呈现不同颜色。 2、光的反射与折射(材料颜色) 金属:颜色取决于反射波长 无机非金属:反射受介质折射率差影响。第五章 (1)黑色金属:铁 锰 铬及其合金 有色金属:钢铁除外的所有金属 有色金属:轻有色金属:密度小于4.5 有色金属:密度大于4.5 贵金属:金 银 铜 准金属: 稀有金属:自然界含量很少、分布 (2)金属晶体的结构 FCC(A1) BCC(A2) HCP(A3) (3) 合金的基本结构 1、合金类型:机械混合物、固溶体 和 金属间化合物 2、固溶体类型:置换固溶体、间隙固溶体
10、 和 缺位固溶体 空隙越大,越容易形成间隙固溶体。 3、金属化合物类型 定义:两组元组成的合金中,在形成有限固溶体的情况下,溶质含量超过溶解度,会出现新相,新相不同于任一组元。 正常价化合物、电子化合物 和 间隙化合物(4)铁碳相图中各成分分类 固溶体:奥氏体(碳与-Fe) 铁素体(碳与-Fe) 马氏体(碳与-Fe) 金属化合物:渗碳体(FeC3) 机械混合物:珠光体(铁素体和渗碳体) 莱氏体(珠光体、渗碳体与共晶渗碳体) (5)金属材料热处理 退火、正火、回火和淬火 细晶强化:晶界使变形晶粒中的位错在晶界处受阻,而且各晶粒间存在位向差,必然有多滑移,产生交割,两者共同作用大大提高金属材料的强
11、度。而晶粒越多,晶界也越多,强化效果更好.(6)储氢合金 储氢原理:可以大量吸氢,且吸放氢气过程可逆。吸氢放热,加热放热。 吸氢过程:超过固溶度后吸附在氢气含氢固溶体金属氢化物过饱和氢化物 吸放氢与温度的关系:P123 (7) 形状记忆合金 1、定义:材料在某一温度下受外力而变形,当外力撤去后,仍保持变形后的形状,当温度上升到某数值时,材料会自动恢复到变形前原有的形状。 2、分类 单程:材料加热后恢复原形,再改变温度,形状不发生改变。 双程:物体的形状自动随温度变化在高温、低温形状间变化。 全程:除具有可逆记忆的特点外,当温度较低时,物体的形状向与高温形状相反的方向变化。 3、工作原理 (8)
12、其他合金材料 1、超塑性合金:在700-1200C高温下仍能长时间保持所需力学性能,具有抗氧化、抗腐蚀能力,能满足工作条件的金属材料。 2、超塑性合金 细晶超塑性:晶粒一般为微小等轴晶粒。 相变超塑性:相变超塑性不要求金属有超细晶粒组织,但要求金属由固态相变特性。第六章 无机非金属材料 分类:传统、新型(特种) 硅酸盐 1、结构分类A:岛状,四面体,桥氧数0B: 组群状,双四面体,三、四、六节环,桥氧数1、2C: 链状 桥氧数2 3D: 层状 桥氧数3F: 架状 桥氧数 4 (1)水泥 1、水硬性胶凝材料:能将散状材料或纤维材料胶结在一起,经物理、化学作用,由浆体而成固体的人造石材的材料称为胶凝材料,浆体不仅能在空气中凝结、硬化而且能在水中硬化增长强度的称为水硬性胶凝材料。 2、主要原料:粘土、石灰石铁质校正原料。 3、制备流程:两磨一烧 4、石膏作用:调节硬化时间 5、主要成分:硅酸三钙(C3S) 硅酸二钙(C2S) 铝酸三钙(C3A) 铁铝酸四钙(C4AF) 6、硬化三阶段:溶解、胶化、硬化 (2)陶瓷 传统陶瓷的主要原料:粘土、石英、长石 结构陶瓷:氧化铝、碳化硅、六方氯化硅 结构:多相结构,晶相、玻璃相和气孔。并非所有陶瓷都包含玻璃相。(3)玻璃 最显著特点:非结晶性 主要原料:石英砂、石灰石、纯碱、长石
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